高中物理第3章從電表電路到集成電路3.2研究電流電壓和電阻學(xué)案選修.docx

3.2研究電流、電壓和電阻學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道電流的定義及形成電流的微觀機(jī)理，掌握定義式I和決定式Inqv S(重點(diǎn))2理解電壓就是沿電流方向的電勢降落(難點(diǎn))3知道電阻形成原理及電阻與溫度的關(guān)系.電 流電 壓電 阻1電流(1)定義：物理學(xué)中把流過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量Q跟所用時(shí)間t的比值I叫做電流(2)定義式：I.(3)單位：安培常用單位還有毫安和微安；換算關(guān)系：1 A103mA106A.(4)電流的方向：電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向(5)物理意義：反映電流強(qiáng)弱的物理量2電流的形成(1)電源在導(dǎo)體中產(chǎn)生電場，導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下，發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流(2)導(dǎo)體電流的微觀表達(dá)式InqvS.3電壓(1)沿電流方向上的任意兩點(diǎn)間都有電勢差，這就是電路中的電壓(2)電路中沿電流方向的電勢是逐漸降低的4電阻(1)金屬導(dǎo)體中的自由電子，在電場力作用下做定向運(yùn)動(dòng)的過程中，自由電子與晶體點(diǎn)陣上的原子實(shí)碰撞形成對(duì)電子定向運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，是“電阻”產(chǎn)生的原因(2)純金屬電阻的阻值與溫度間的關(guān)系：RR0(1t)，式中R表示金屬在t 時(shí)的電阻，R0表示金屬在0 時(shí)的電阻值，叫做電阻的溫度系數(shù)1在電路中沿著電流的方向電勢逐漸升高()2電流越大，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多. ()3自由電子與原子實(shí)的碰撞是產(chǎn)生電阻的根本原因()(1)假設(shè)電源兩極的電壓為1.5 V，若選擇電源的正極為零電勢點(diǎn)，那么它的負(fù)極電勢是多少？【提示】1.5 V.(2)電阻元件在通電時(shí)發(fā)熱的原因是什么？【提示】電阻元件通電時(shí)，自由電子不斷地與晶體點(diǎn)陣上的原子實(shí)碰撞，將它的一部分動(dòng)能傳遞給原子實(shí)，使原子實(shí)的熱振動(dòng)加劇，導(dǎo)體的溫度就升高了如圖321所示，把電源用導(dǎo)線連接在插入食鹽水中的兩個(gè)金屬電極上，電路中形成電流圖321探討1：鹽水中的電流和金屬導(dǎo)線中的電流形成機(jī)制有什么不同？【提示】鹽水中的電流是Cl離子和Na離子同時(shí)反向定向移動(dòng)形成的，金屬導(dǎo)線中的電流是自由電子定向移動(dòng)形成的探討2：鹽水中的電流沿什么方向？【提示】左探討3：假設(shè)t s內(nèi)有N個(gè)Cl和N個(gè)Na通過圖中虛面，則電路中的電流多大？【提示】I.1理解電流概念需注意的幾個(gè)要點(diǎn)(1)公式I中，q是通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，而不是通過導(dǎo)體單位橫截面積的電荷量(2)當(dāng)導(dǎo)體中有正、負(fù)電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)形成電流時(shí)，公式中的q應(yīng)為通過導(dǎo)體橫截面的正、負(fù)兩種電荷電荷量的絕對(duì)值之和(3)橫截面的選取是任意的，電流的大小與橫截面無關(guān)(4)電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向，它與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反在電源外部的電路中，電流的方向是從電源的正極流向負(fù)極；在電源的內(nèi)部，電流是從電源的負(fù)極流向正極電流雖然有大小和方向，但電流是標(biāo)量，而不是矢量因此電流的合成不遵循平行四邊形定則2電流的微觀表達(dá)式InqSv(1)建立模型圖322如圖322所示，AB表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v.設(shè)導(dǎo)體的長度為L，橫截面積為S，導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q.(2)理論推導(dǎo)導(dǎo)體AB中的自由電荷總數(shù)NnLS總電荷量QNqnLSq所有這些電荷都通過導(dǎo)體橫截面所需要的時(shí)間t根據(jù)公式I知，導(dǎo)體AB中的電流InqSv.(3)結(jié)論由此可見，從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、自由電荷的電荷量、自由電荷定向移動(dòng)的速率以及導(dǎo)體的橫截面積3三種速率的區(qū)別電子定向移動(dòng)的速率電子熱運(yùn)動(dòng)的速率電流傳導(dǎo)的速率物理意義電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的，電流IneSv，其中v就是電子定向移動(dòng)的速率，一般為105 m/s的數(shù)量級(jí)構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的速率數(shù)量級(jí)為105 m/s等于光速，閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以光速c建立恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流大小105 m/s105 m/s3108 m/s1(多選)半徑為R的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞中心軸線以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應(yīng)有()A若不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍B若電荷量不變而使變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍C若使、Q不變，則橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大D若使、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變小【解析】正電荷Q均勻分布在橡膠環(huán)上，當(dāng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在環(huán)上任取一截面，則一個(gè)周期T內(nèi)穿過此截面的電荷量為Q，由電流的定義式I及T得，環(huán)中等效電流為I，故選A、B.【答案】AB2示波管中，2 s內(nèi)有61013個(gè)電子通過橫截面大小不知的電子槍，則示波管中電流大小為()A4.8106 AB31013 AC9.6106 AD無法確定【解析】由電流的定義得I A4.8106 A，A正確，B、C、D錯(cuò)誤【答案】A3導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式InqSv，其中S為導(dǎo)體的橫截面積，n為導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每個(gè)自由電荷所帶的電荷量，v是()A導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速率B導(dǎo)體傳導(dǎo)的速率C電子熱運(yùn)動(dòng)的速率D自由電荷定向移動(dòng)的速率【解析】從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動(dòng)速率，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)，故選D.公式InqSv中的v就是自由電荷定向移動(dòng)的速率【答案】D4如圖323所示，一根截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，每米電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于橡膠棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：29682017】圖323AvqB.CqvS D.【解析】設(shè)在t時(shí)間內(nèi)通過截面的電荷量為Q，則Qvtq，所以Ivq，應(yīng)選A.【答案】A5如圖324所示的電解槽中，如果在4 s內(nèi)各有8 C的正、負(fù)電荷通過面積為0.8 m2的橫截面AB，那么：圖324(1)正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向如何？(2)電解槽中的電流方向如何？(3)4 s內(nèi)通過橫截面AB的電量為多少？(4)電解槽中的電流為多大？【解析】(1)電源與電解槽中的兩極相連后，左側(cè)電極電勢高于右側(cè)電極，電極之間電場方向由左指向右，故正離子向右移動(dòng)，負(fù)離子向左移動(dòng)(2)電解槽中的電流方向向右(3)8 C的正電荷向右通過橫截面AB，而8 C的負(fù)電荷向左通過該橫截面，相當(dāng)于又有8 C正電荷向右通過橫截面，故4 s內(nèi)通過橫截面AB的電量為16 C.(4)電流強(qiáng)度大小I A4 A.【答案】(1)正離子向右移動(dòng)負(fù)離子向左移動(dòng)(2)向右(3)16 C(4)4 A計(jì)算電流大小的三種方法1金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，運(yùn)用I計(jì)算時(shí)，q是某一時(shí)間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面的電子的電荷量2電解液中電流的計(jì)算電解液中的自由電